川威KR脫硫前渣研究

袁勇 何運(yùn)順 肖建華 容水

（四川省川威鋼鐵有限公司，內(nèi)江 642469）

川威KR脫硫前渣研究

袁勇 何運(yùn)順 肖建華 容水

（四川省川威鋼鐵有限公司，內(nèi)江 642469）

通過(guò)對(duì)川威高爐鐵水和高爐下渣的特性研究，比較鐵水帶渣和KR脫硫前渣的組成不同，分析從高爐下渣到川威KR前渣各組分的變化特征以及KR前渣各組分發(fā)生變化的原因。

高爐下渣；KR；脫硫前渣

鐵水預(yù)處理在煉鋼工序中具有重要的意義，可大大減輕轉(zhuǎn)爐煉鋼硫負(fù)擔(dān)，得到廣泛研究和應(yīng)用［1-3］。鐵水預(yù)處理方法很多，如：鐵水溝捕撒法、倒包法、機(jī)械攪拌法、吹氣攪拌法等，現(xiàn)在最常用的是噴粉法和KR法［4］。各種鐵水脫硫法中，采用的脫硫劑各不相同，且種類繁多。國(guó)內(nèi)外常見的脫硫劑主要有［5-8］：石灰、電石、鈍化鎂以及復(fù)合脫硫劑，其中石灰最為常用，但不易達(dá)到深脫硫效果。川威采用的是KR法脫硫工藝，脫硫劑為石灰—螢石。

我國(guó)應(yīng)用KR脫硫是2004年從武鋼開始的。武鋼二煉鋼廠從日本引進(jìn)1套KR法脫硫裝置后，經(jīng)消化和創(chuàng)新，KR技術(shù)進(jìn)一步完善。2007年以來(lái)，我國(guó)大中小型鋼鐵廠越來(lái)越傾向采用KR脫硫技術(shù)。承鋼、馬鋼、武鋼、昆鋼、威鋼、攀鋼等先后采用了KR法脫硫。

1 川威鐵水成分及高爐帶渣特征

KR法最早由日本新日鐵君津廠首創(chuàng)。優(yōu)點(diǎn)是能將硫降到很低的水平，而且不回硫，脫硫過(guò)程基本無(wú)噴濺，脫硫效率高。缺點(diǎn)是KR法的設(shè)備復(fù)雜并且較為龐大，一次性投資較大，且處理過(guò)程渣量大。為此，處理前必須扒除鐵水浮渣，而鐵水浮渣成分與高爐鐵水成分和高爐帶渣密切相關(guān)。

1.1 川威鐵水成分特征

目前，川威煉鋼用鐵水為低硅含釩鈦高硫鐵水。與寶鋼、鞍鋼、武鋼等鋼鐵企業(yè)相比，川威鐵水的不同之處主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

（1）鐵水中S含量偏高。高爐冶煉過(guò)程中添加了部分釩鈦磁鐵礦，生產(chǎn)的鐵水中S含量偏高。相比國(guó)內(nèi)其他鋼廠 （如本鋼、鞍鋼等）S含量平均高出0.05%～0.07%。

（2）鐵水溫度偏低。含釩鈦鐵水溫度與普通高爐鐵水相比有較大差距，溫度比普通鐵水溫度低40～50℃。

（3）鐵水成分異于普通鐵水。由于高爐冶煉過(guò)程配加釩鈦礦，且溫度略低，形成不同于普通鐵水的低Si、含V和Ti元素的鐵水。碳飽和鐵水中的V、Ti將與 C、N 元素反應(yīng)生成相當(dāng)數(shù)量的 TiC、TiN、Ti（C、N）及其他高熔點(diǎn)物質(zhì)，導(dǎo)致爐渣熔化溫度升高，流動(dòng)性變差，從而惡化脫硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件。由于TiC、TiN、Ti（C、N）等生成的條件所限，晶粒尺寸很小，促使?fàn)t渣變稠的作用尤其明顯。因?yàn)轭w粒直徑越小，其比表面積越大，作為分散體系中的“溶質(zhì)”，溶劑化傾向越嚴(yán)重，使整個(gè)體系流動(dòng)時(shí)的內(nèi)摩擦阻力大大增加，所以爐渣黏度增加。而釩鈦礦冶煉的高爐渣基礎(chǔ)渣系亦擴(kuò)展為CaO-SiO2-Al2O3-TiO2渣系，與普通高爐比較，渣中TiO2含量較高（13%左右）。

1.2 川威高爐帶渣的組成

煉鐵過(guò)程中，由高爐出渣口放出的爐渣，稱為高爐上渣，隨出鐵過(guò)程而帶出的爐渣，則稱為高爐下渣。因此，高爐爐缸內(nèi)，由于渣中組分比重不同，成渣先后順序有差異，以及考慮到反應(yīng)未及平衡等原因，導(dǎo)致高爐中爐渣的成分隨其位置不同而產(chǎn)生較大的差異。根據(jù)冶煉工藝分析，進(jìn)入鐵水包的高爐渣，是高爐下渣，不同于一般意義上的高爐渣（即高爐上渣）。

表1 為1#—5#號(hào)高爐共計(jì)200爐次的高爐下渣爐渣成分。

由表1可見，川威高爐渣的堿度最大Rmax=1.38,最小Rmin=1.12，平均R=1.26，全鐵含量為1.21%，即在高爐內(nèi)本身的爐渣中，全鐵量很少，反映出爐渣的氧化性很弱。另外，爐渣中S2-含量也不高。

由于釩鈦礦冶煉的特點(diǎn)，爐渣與鐵水之間界面張力較小，渣-鐵分離不完全，因此隨鐵水進(jìn)入到鐵水包的爐渣量，較普通鐵水冶煉要多些。根據(jù)煉鐵廠現(xiàn)場(chǎng)出鐵情況，觀察到進(jìn)入鐵水包的渣層厚度大約為40mm，如果按照鐵水包的直徑為2 400mm，渣的密度按1.8kg/m3計(jì)算，噸鐵渣量達(dá)到8.6kg，標(biāo)準(zhǔn)包鐵水帶渣總量為559kg。

2 川威KR前渣的組成及特點(diǎn)分析

為了提高KR脫硫效率，掌握基于川威鐵水特征的KR前渣成分及形成原因，必須要理清高爐出鐵帶渣情況。

2.1 KR前渣的來(lái)源

根據(jù)川威的現(xiàn)行工藝，高爐出鐵過(guò)程，通過(guò)撇渣口，擋渣堰，把大部分隨鐵水而出的高爐下渣與鐵水分開，鐵水及少量未及分離的高爐渣一同進(jìn)入鐵水包，形成鐵水帶渣的第一部分。在高爐鐵水出鐵過(guò)程中，鐵水與大氣接觸，發(fā)生氧化，氧化產(chǎn)物進(jìn)入爐渣，構(gòu)成鐵水中渣的第二部分。出鐵過(guò)程的“沙壩子”（主要為 SiO2）進(jìn)入鐵水包，每包鐵水（38t）有 20～30kg的量，形成鐵水中渣的第三部分。在高爐鐵水從煉鐵廠到煉鋼廠的運(yùn)輸過(guò)程中，為防止熱量散失過(guò)快，溫度損失過(guò)多，目前企業(yè)通常要加入一些保溫材料，這些保溫材料又構(gòu)成了鐵水中的第四部分爐渣。除此之外，鐵水包的耐火材料融蝕和消耗以及偶然因素導(dǎo)致的鐵水包渣增加，是鐵水中爐渣的第五個(gè)來(lái)源。

綜上分析，KR前渣構(gòu)成模型為：

KR前渣成分=出鐵帶渣（下渣）+出鐵過(guò)程的氧化產(chǎn)物+沙壩子+保溫劑+其他

2.2 KR前渣成分

對(duì)川威進(jìn)行了12爐的KR前渣成分調(diào)查和分析，結(jié)果見表2。

表2 KR前渣成分

2.3 KR前渣形成過(guò)程變化特點(diǎn)分析

在高爐出鐵過(guò)程中，如果考慮鐵水的二次氧化，則隨鐵水帶出的爐渣成分，在不外加渣料的前提下，應(yīng)該與鐵水罐中覆蓋渣的成分一致。但是，比較高爐下渣成分和KR前渣成分，發(fā)現(xiàn)發(fā)生很大的變化（見表 3）。

表3 高爐下渣成分和KR前渣成分比較

由表3可見：

（1）爐渣堿度R從1.26降到了0.528。

（2）渣中CaO含量從29.07%降到了14.47%，MgO含量從7.94%降到了3.75%，降幅達(dá)一半以上，渣中S2-含量從0.69%降到0.293%。

（3）全鐵含量從1.21%升高到了18.42%，升高了14.22倍；其中金屬鐵高達(dá)14.05%。

（4）渣中 SiO2、Al2O3、TiO2含量變化不大。

對(duì)上述各環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，考察可能產(chǎn)生或進(jìn)入渣中的組分。

首先，確定保溫劑對(duì)爐渣的貢獻(xiàn)量。根據(jù)川威的實(shí)際工藝情況，目前使用碳化稻殼量作為鐵水包中鐵水的保溫劑，使用量為1.36kg/t。由此計(jì)算，每標(biāo)準(zhǔn)包鐵水（65t）使用稻殼88.4kg，其碳化稻殼按照30%燒成灰分，灰分組成按SiO2含量67.23%，Al2O3含量11.66%計(jì)算，則每包鐵水碳化稻殼貢獻(xiàn)SiO2和Al2O3的量分別為17.83kg和3.09kg。

其次，每包鐵水加入沙壩子的SiO2按照42.76kg/包（65t鐵水）計(jì)算。

第三，出鐵過(guò)程由于鐵水暴露在空氣中，將發(fā)生鐵水的部分氧化，從而有部分FexO進(jìn)入渣中，增加渣中的TFe含量。

最后，確定高爐帶渣量。以鐵水帶渣量按照考核規(guī)定的1%計(jì)算，則為650kg/包。但每65t鐵水真正的帶渣量應(yīng)該不超過(guò)350kg，本文中以每65t鐵水帶渣300kg計(jì)算。

從上述分析可見，出鐵后到KR脫硫前的整個(gè)過(guò)程，沒(méi)有CaO和MgO的加入和額外生成，即渣中CaO和（MgO）的總量不會(huì)發(fā)生變化，其含量減少的唯一原因，只能是由于其他物質(zhì)的增多引起的對(duì)CaO和MgO的稀釋作用。每65t鐵水帶渣量為300kg，KR脫硫前渣量為559 kg，整個(gè)過(guò)程總渣量增加鐵水259kg/65t，增幅接近100%。所以，KR脫硫前渣中CaO和MgO的含量約降低50%。

增加的渣量除了來(lái)自保溫劑碳化稻殼、沙壩子外，其余來(lái)自鐵水的部分氧化物及鐵水中的夾雜物。表3中數(shù)據(jù)表明，雖然渣量增加近一倍，但是渣中 SiO2、Al2O3、TiO2的含量沒(méi)有明顯變化，這說(shuō)明鐵水夾雜物中主要以這幾種組分為主，且由于SiO2、Al2O3尚有外來(lái)引入，而TiO2則全部來(lái)自?shī)A雜物中，證明夾雜物中TiO2含量較高，鐵水中Ti易被氧化。

KR脫硫前渣中MFe及FeO含量都有大幅升高，表明鐵水的二次氧化比較嚴(yán)重，且渣中金屬鐵夾雜嚴(yán)重，在KR脫硫前扒除前渣環(huán)節(jié)中鐵損嚴(yán)重。

3 結(jié) 論

（1）高爐下渣氧化性很弱，由于渣中含有TiO2，渣量較普通高爐渣渣量大。

（2）含Ti鐵水黏度較大，鐵水中非金屬夾雜較多。

（3）在高爐鐵水出鐵和高爐除鐵到KR脫硫運(yùn)輸途中的二次氧化嚴(yán)重。

[1]潘秀蘭,王艷紅,梁慧智,等.鐵水預(yù)處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].世界鋼鐵，2010（6）:29-36.

[2]程煌,任彤.鐵水深脫硫發(fā)展趨勢(shì)[J].鋼鐵，2001，36(4):17-19.

[3]王雪冬,李鳳喜,陳清泉,等.KR脫硫技術(shù)的應(yīng)用與進(jìn)步[J].煉鋼，2004，20(4):24-25.

Study on the Slag after Blast Furnace to KR of Chuanwei Steel Works

YUAN Yong HE Yunshun XIAO Jianhua RONG Shui
(Chuanwei Iron&Steel Company Ltd.,of Sichuan Province，Neijiang 642469)

This paper studies the characteristics of hot metal and blast furnace slag of Chuanwei steel works and compares the deferent components of slag after blast furnace and right before KR desulfurization process.The changing characteristics and the changing reasons of the slag components from the blast furnace to KR process of Chuanwei steel works are analyzed.

blast furnace slag；KR；slag before KR desulfurization

TE534

A

1673-1980（2012）01-0115-03

2011-09-28

袁勇（1967-），男，四川安岳人，工程師，研究方向?yàn)殁C鈦磁鐵礦高爐冶煉及工藝優(yōu)化。